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The global production of biogas has increased threefold during the last decade to partly replace fossil fuels, yet biogas production by anaerobic digestion generates substantial amounts of by-products named digestates. These biogas digestates can be recycled in soils to fertilize crops and to sequester carbon. However, the impact of digestates on the soil biological is actually poorly known. Here we reviewed the impact of digestates published in 56 articles reporting 23 microbial parameters. Half of the articles show neutral effects of biogas digestates and 7% showed negative effects. 25% of the articles show more stimulation of biogas digestates for the soil microbial quality, compared to other organic fertilizers; whereas 17% of the articles show less stimulation. Beyond these general results, our study pointed the lack of long-term and field experiments, including a large range of agro-pedological contexts. Some questions, such as the effect of feedstock type or the vulnerability of specific soil types, remain unsolved and need more intense research effort., Au cours des deux dernières décennies, la production mondiale de biogaz a triplé avec pour objectif de remplacer une partie des combustibles fossiles. Cette production réalisée par digestion anaérobie génère d'importants volumes de sous-produits appelés digestats. Ces derniers peuvent être recyclés dans les sols afin de fertiliser les cultures et de séquestrer du carbone. Leurs répercussions sur la biologie du sol restent toutefois méconnues. Nous proposons une synthèse des connaissances scientifiques actuelles concernant l’impact des digestats de méthanisation sur la biodiversité du sol, et plus particulièrement sur le compartiment microbien. Cinquante-six articles publiés depuis 2008 ont été recensés et analysés afin de tirer des tendances générales et des pistes de recherche qui nécessitent d’être explorées. Ils renseignent les effets des digestats sur 23 paramètres microbiens. La moitié des résultats recensés indiquent un effet neutre des digestats, et 7 % un effet négatif. Un quart des résultats montre un effet plus stimulant des digestats sur la qualité microbiologique du sol que d’autres fertilisations organiques, alors que 17 % signalent une stimulation inférieure. Au-delà de ces résultats, notre étude a mis en évidence un manque important d’études à long terme et au terrain dans des conditions agro-pédologiques variées. Certaines questions, comme l’effet du type d’intrants ou la vulnérabilité de certains types de sol, restent en suspens et nécessitent des efforts de recherche.

Soils are one of the major reservoirs of biological diversity on our planet, hosting a huge diversity of microorganisms. Numerous studies have demonstrated the role of microbial diversity in soil functions, such as nutrient cycling or pathogen management. Given the key role of soil microorganisms in the regulation of soil ecosystem functions, the environmental factors driving soil microbial diversity need to be understood. In France, we have the opportunity to benefit from a national soil survey (called the French Soil Quality Monitoring Network), which represents one of the most extensive and without a priori soil sampling survey available to date. Through several funded projects, we were able to decipher the spatial distribution of microbial diversity at the scale of France. These analyses provided extensive maps of microbial diversity, structure and composition and reveals the heterogeneous and spatially structured distribution of microbial communities at the nationwide scale. We also identified the ecological processes involved in the biogeographical patterns of microbial diversity, and develop co-occurring networks identified within the relative abundance of bacterial taxa dataset to the scale of France in order to better understand the processes involved in community assembly. From an operational point of view, innovative diagnosis tools were developed with obtained datasets, using statistical predictive models according to environmental parameters. They provide reference values fitted for a given pedoclimatic condition, which is to be compared to the corresponding measured data for a robust diagnosis of soil biological quality. These innovative tools allow a robust diagnosis of soil biological quality.

Pendant 150 ans, le sulfate de cuivre a été utilisé de façon intensive comme fongicide pour lutter contre les maladies de la vigne. De ce fait, le cuivre s’est fortement accumulé dans les solsviticoles, atteignant des concentrations potentiellement nocives pour les organismes des sols.Bien que les doses de cuivre appliquées aujourd’hui soient 10 fois plus faibles qu’il y a 50 ans,son utilisation dans le contexte de la transition agroécologique est encore soumise à débat caril est un des rares pesticides autorisés en agriculture biologique. Dans ce travail, nous avonsconduit une méta-analyse de la littérature académique internationale pour objectiver l’impactdu cuivre sur la qualité biologique des sols quand il est appliqué aux doses agricoles actuelles,mais également l’impact de son accumulation dans les sols. Parmi les 300 articles passés enrevue, seulement 19 répondaient à la question de façon pertinente.Les résultats montrent que l’activité microbienne décroît de 30% à l’application d’une dosesupérieures à 400 kgCu/ha/an. L’abondance des nématodes reste inchangée pour des doses decuivre jusqu’à 3 200 kg/ha/an. La reproduction des collemboles et des enchytrées diminue de50 % après application de 400 et 1895 kgCu/ha/an respectivement. La biomasse lombricienneest réduite de 15 % après application de 200 kgCu/ha/an. D’autre part, dans des sols avec desteneurs en cuivre supérieures à 200 kgCu/ha, la respiration microbienne est réduite de 50 %.Aucun effet des teneurs en cuivre du sol n’est observé sur les collemboles. Globalement, bienqu’une toxicité du cuivre soit observée sur la biodiversité du sol, la littérature montre qu’elleconcerne des doses au moins 50 fois supérieures à la dose de 4 kgCu/ha/an actuellement auto risée par la Commission Européenne en viticulture. Par conséquent, appliquer du cuivre à 4 kgCu/ha/an ne devrait pas substantiellement modifier la qualité et les fonctions biologique du sol

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International audience; Since a long time, the interactions between soil microbes and plant roots are intensively investigated to decipher the role of microorganisms in the growth and the maintenance of plants in a multitude of environmental conditions as climatic stress, agricultural practices or pathogenic/parasitic invasions. Beyond their intimate relationships, the soil microbial communities influence and are influenced by the aboveground vegetation. The interaction/co-occurrence networks are a relatively new look on the soil microbial communities. This look integrates the most comprehensively the community complexity, provides a more complete information on the community and seems to be more sensitive to biotic and abiotic changes than classical microbial indicators (diversity level, community composition, …). Due to the methodological approach used to study them, it is difficult to break through the biological underlying mechanisms. Nevertheless, the collection of empirical results in the literature evidenced an obvious interplay between the state of soil microbial networks and the aboveground plant communities and the edaphic conditions. From the scale of plot to the scale of a whole territory, I will illustrate how the soil microbial networks are related to the plant cover, to the plant phenology and to the soil resistance to plant-pathogens.

Additional file 3. Figure S2. Folder structure of BIOCOM-PIPE analysis.

International audience; Classical biomonitoring techniques have focused primarily on measures linked tovarious biodiversity metrics and indicator species. Next-generation biomonitoring (NGB)describes a suite of tools and approaches that allow the examination of a broaderspectrum of organizational levels—from genes to entire ecosystems. Here, we frame10 key questions that we envisage will drive the field of NGB over the next decade. Whilenot exhaustive, this list covers most of the key challenges facing NGB, and provides thebasis of the next steps for research and implementation in this field. These questionshave been grouped into current- and outlook-related categories, corresponding to theorganization of this paper.

Additional file 2. Figure S1. Folder structure of the BIOCOM-PIPE pipeline.

Additional file 5. Doc S2. Materials and methods, details.

Additional file 6. Figure S4. (A) Number of OTUs detected for the simulated dataset, with various pipelines and clustering thresholds. (B) Number of taxonomic groups detected for each taxonomic level (phylum, class, order, family, genus), with various pipelines and clustering thresholds.

Additional file 8. Figure S4. Boxplots of Shannon indexes for each land use type of the RMQS subsample. Figure S5. Boxplots of the inverse Simpson indexes for each land use type of the RMQS subsample.

Additional file 1. Doc S1. BIOCOM-PIPE user guide.

Additional file 4. Figure S3. Soil texture triangle of the RMQS subsample.

Additional file 7. Figure S5. (A) Number of detected chimera for the artificial mock dataset, with various pipelines. For BIOCOM-PIPE, both the Hunting step (H) and the Hunting-Recovering step (R) were given. (B) Number of OTUs (with and without singletons) detected, for the artificial mock dataset, with various pipelines. (C)Taxonomic composition for the artificial mock dataset, with various pipelines. The theoretical value was given as comparison.

National audience

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National audience; À l'ère des Big Data, d’énormes quantités de données sont disponibles et constituent uneoccasion unique de développer des algorithmes de prédiction performants. En écologiemicrobienne, ce phénomène a joué un rôle majeur dans la façon dont nous abordons labiodiversité depuis l’apparition des NGS. L’étude des microbiomes environnementaux par lesoutils les méta-omiques a conduit à la découverte de nouveaux organismes, fournissant ainsiune source importante d’informations taxonomiques et fonctionnelles. L’un des futurs défis, estde réussir à associer une fonction à une diversité microbienne pour améliorer notrecompréhension des fonctions du microbiome (British Ecological Society, 2016). Bien quecertaines technologies renseignent sur les fonctions putatives ou réelles, elles restentfastidieuses et coûteuses à mettre en oeuvre. L’approche de metabarcoding est courammentutilisée pour obtenir des informations sur la diversité microbienne avec un coût très abordable,mais elle ne permet pas directement d’obtenir des informations sur les fonctions microbiennes.Deux solutions vivement débattues au sein de la communauté scientifique émergentactuellement pour tirer des informations fonctionnelles à partir d'un profil taxonomique : (i)l'inférence fonctionnelle et (ii) l'assignation de traits écologiques. Si la plupart des outilsdisponibles sont utilisables uniquement pour les procaryotes, comme PICRUSt le plus connu,d’autres alternatives existent afin d’étudier les eucaryotes et notamment les champignonscomme par exemple FUNGuild. Ainsi, nous présenterons un état de l’art des outils et méthodesdisponibles, illustrés par différents exemples permettant de faire le lien entre la diversité descommunautés et leurs fonctions ou traits écologiques en ciblant l’environnement sol.

International audience; 1.Environmental microbial communities are now widely studied using metabarcoding approaches, thanks to the democratization of high‐throughput DNA sequencing technologies. The massive number of reads produced with these technologies requires bioinformatic solutions to be treated. A key step in the analysis is to cluster reads into Operational Taxonomic Units (or OTUs) and thus reduce the amount of data for downstream analyses. Due to the important impact of the clustering method on the quantity and quality of OTUs, finding an equilibrium between the reliability and time‐consuming nature of the chosen strategy is a real challenge. The present article proposes a new post‐clustering tool called ReClustOR aimed at improving the stability and reliability of OTUs whatever the initial clustering method.2.We compared several clustering methods: a homemade de novo method, VSEARCH, Swarm, and ReClustOR associated with these three clustering methods, and the ESV definition, using two datasets (a simulated one and an environmental one). All methods were analyzed for their ability to efficiently describe microbial diversity in terms of alpha‐diversity, beta‐diversity and phylogeny.3.Dataset analysis showed that post‐clustering with ReClustOR improved OTU detection not only in terms of diversity, but also in terms of reliability and stability as compared to the initial clustering methods. More precisely, the post‐clustering step improved the congruence of the results (alpha‐diversity, beta‐diversity, composition) whatever the initial clustering method. Moreover, ReClustOR, by defining a database of centroids, precludes the need to re‐cluster all the reads each time when new reads are generated.4.ReClustOR is a new post‐clustering method that overcomes problems (OTU stability and reliability) associated with classical clustering methods and thereby increases the quality and the congruence of the reconstructed OTUs. Moreover, the OTU database defined with ReClustOR can be used as a reference gradually enriched by merging new studies and samples. In this way, huge datasets (e.g. the Earth Microbiome Project or the Tara Oceans project) can be used as references for other projects within their range of application, and increase the quality of comparisons among studies and datasets.

National audience; Although land use drives soil bacterial diversity and community structure, littleinformation about the bacterial interaction networks is available. Here, we investigatedbacterial co-occurrence networks in soils under different types of land use (forests, grasslands,crops and vineyards) by sampling 1798 sites in the French Soil Quality Monitoring Networkcovering all of France. An increase in bacterial richness was observed from forests tovineyards, whereas network complexity respectively decreased from 16,430 links to 2,046.However, the ratio of positive to negative links within the bacterial networks ranged from 2.9 inforests to 5.5 in vineyards. Networks structure was centered on the most connected genera(called hub), which belonged to Bacteroidetes in forest and grassland soils, but toActinobacteria in vineyard soils. Overall, our study revealed that soil perturbation due tointensive cropping reduces strongly the complexity of bacterial network although the richness isincreased. Moreover, the hub genera within the bacterial community shifted from copiotrophictaxa in forest soils to more oligotrophic taxa in agricultural soils.

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Battle Karimi est post-doctorante dans l’UMR Agroécologie à l’INRA de Dijon et s’intéresse à l’écologie des communautés microbiennes. Elle a intégré l’équipe de recherche Biocom en 2016 afin d’analyser l’ensemble des données environnementales et microbiologiques issues du RMQS (Réseau de Mesures de la Qualité des Sols) et de les valoriser sous la forme du présent ouvrage. Elle a participé à la rédaction et à la mise en forme de la majeure partie de l’atlas, et a coordonné son avancement au sein de l’équipe d’auteurs.Nicolas Chemidlin-Prévost Bouré est maître de conférences en biologie des sols à AgroSup Dijon et membre de l’UMR Agroécologie. Spécialisé en écologie des communautés microbiennes de sol, il s’intéresse particulièrement à la biogéographie des micro-organismes, c’est-à-dire à leur distribution dans l’espace et dans le temps en lien avec les facteurs de l’environnement.Samuel Dequiedt est ingénieur d’étude à l’INRA de Dijon dans l’UMR Agroécologie.Expert dans la gestion des données et les analyses statistiques, il intervient dans les projets portant sur l’écologie microbienne à grande échelle (RMQS, paysages agricoles, etc.). Travaillant en collaboration avec les agriculteurs et les professionnels, il a acquis une expertise dans le transfert et la vulgarisation des connaissances sur l’écologie des micro-organismes et les outils de diagnostic de la qualité des sols.Sébastien Terrat est maître de Conférences à l’université de Bourgogne-Franche-Comté et membre de l’UMR Agroécologie. Spécialisé en écologie microbienne du sol et en bio-informatique,Lionel Ranjard est directeur de recherche à l’INRA de Dijon dans l’UMR Agroécologie. Il est spécialiste en écologie microbienne du sol et a coordonné depuis 2006 différents projets (ANR, ADEME, France Génomique, Eu) qui ont permis de développer la thématique de biogéographie microbienne par l’application des outils de métagénomique du sol sur le RMQS. Il a coordonné la publication de l’ouvrage avec la maison d’éditions Biotope.; International audience; Les sols abritent des communautés vivantes qui dépassent nos capacités de perception, par leur taille microscopique, mais aussi par leur incroyable foisonnement?: un seul gramme de sol peut contenir plusieurs milliards de bactéries et plusieurs millions de champignons?! Dans ce même gramme de sol, on peut distinguer entre 100?000 et un million d'espèces de bactéries... Rien dans notre environnement quotidien, si ce n'est un ciel étoilé, ne nous prépare à une pareille abondance et une telle diversité. Les chercheurs spécialistes de l'écologie microbienne de l'unité mixte de recherche " Agroécologie ", rattachée à l'INRA Bourgogne-Franche-Comté, ont réalisé un inventaire des communautés bactériennes des sols de France. Basé sur les techniques les plus en pointe de séquençage d'ADN, ce travail a débouché sur la réalisation de cet atlas qui nous offre un panorama de ces communautés bactériennes, nous sensibilisant à leur importance dans la qualité et la fertilité des sols. Un ouvrage unique tant par le sujet traité, que par des représentations originales qui nous permettent d'appréhender le monde bactérien des sols.

National audience

International audience; Microorganisms are extremely abundant and diverse in soils. Their huge diversity is central in soil functioning regarding the diversity of functions it supports (mineralization, detoxification, stability of soil…) and is more and more studied, especially in a context of increasing pressure on soil resources. Conversely to macroorganisms whose distribution on a wide scale has been studied for over a century, spatial scaling and determinism distribution of soil microorganisms on nationwide scale still needs to be documented, notably to decipher the environmental filters shaping these communities. communities were investigated at the scale of France to characterize their distribution, understand Over ten years, the soil microbial the ecological processes and the underlying environmental filters shaping their distribution, and predict their abundance and their biodiversity. This long-term study was based on the French Soil Quality Monitoring Network (2200 sites, RMQS), which is representative of soil and land-use diversity in France. On each RMQS site, soil microbial communities were investigated for their biomass, richness (bacteria and fungi), community composition and relative abundance of each taxa, notably by means of high-throughput sequencing techniques. Mapping these characteristics provided the first extensive referentials on soil microbial communities, demonstrating their heterogeneous and non-random distribution at the scale of France into biogeographical patterns (radius from 40 to 260 km). Examining the turnover of soil microbial community composition demonstrated it was similar for micro- and macroorganisms, conversely to standard postulates. This turnover was supported by two non-exclusive environmental selection and limited dispersal. Whatever the soil microbial characteristic (biomass, richness, community composition, taxa relative abundance), it was mainly determined by soil characteristics and land-use but the filters and their hierarchy changed with the characteristic considered. Based on these referentials; models were developed to predict soil microbial diversity over the whole France; and, for the first time, 16 microbial habitats were delineated according to their specific bacterial community and environmental context (soil parameters, land use, climate), and characterized for their bacterial interaction network. Gathered into the French Atlas of Soil bacteria, these findings support innovative tools to diagnose soil microbial quality.

Les microorganismes du sol sont les acteurs clés de nombreuses fonctions et services qui sont à la base de la qualité du sol et de son rôle dans la qualité de l’environnement mais aussi dans sa capacité à supporter une production végétale. Malgré ce rôle clé, nos connaissances sur la diversité et la composition des communautés microbiennes ainsi que l’impact des modes d’usages des sols sur ces communautés restent encore très incomplète. Une approche pour palier à ce manque de connaissances est d’étudier ces communautés microbiennes à grande échelle sur un grand nombre de sols et ceci grâce aux développements récents d’outils moléculaires qui permettent l'analyse en haut débit de la diversité microbienne. En France, une étude de ce type a été mené sur les sols du Réseau de Mesures de Qualité des Sols (RMQS) ce qui a permis d’améliorer significativement nos connaissances sur les processus impliqués dans la régulation de la diversité des communautés microbiennes et de mieux évaluer l’effet du mode d’usage des sols. De plus, cela a aussi permis d’élaborer le premier référentiel sur la diversité microbienne des sols français avec pour application le développement d’un diagnostic sur la qualité microbiologique des sols., Soil microorganisms are key players of the numerous functions and services provided by soil and more globally of the environment quality and plant productivity. Despite their pivotal role, our knowledge about the diversity and composition of soil microbial communities is relatively poor as well as the impact of land use on these communities. One of the promising strategy to fill this gap of knowledge aims at assessing soil microbial community on a large set of soils by using the recently developed molecular tools allowing the high throughput characterization of microbial diversity. In France, such an initiative has been conducted on the French Soil Quality Monitoring Network (Réseau de Mesures de la Qualité des Sols, RMQS in French), which has allowed the significant improvement of our understanding about the ecological processes regulating soil microbial diversity and about the impact of the different land uses

International audience; Preservation and sustainable use of soil biological communities represent major challenges in the current agroecological context. Indeed, most of soil ecosystem services results from biological functions particularly driven by taxonomic and functional assemblages of microbiological communities (i.e. nutrient cycling, soil aggregation, depollution, etc.). Consequently, soil microbial communities are logical candidates as effective indicators of soil quality and sustainability. But, good biological indicators must be associated with references that encompass an operating range of measured values that allow performing the desired diagnosis. Even if numerous studies have focused on soil microbial communities over the last two decades, due to the variety of ecosystems, sampling designs and methods, we still lack reference databases and diagnosis tools for the robust evaluation of agricultural practices impact on soil microbial communities To reach this goal, we used an extensive set of samples originated from the French Soil Quality Monitoring Network (RMQS). This monitoring network is based on a 16-km regular grid across the 550,000 km2 French territory representative of its pedoclimatic diversity. All sites have been geo-positioned with a precision